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第一部分 基础知识与ANSYS FLUENT操作1

第1章 计算流体力学（CFD）概述1

1.1 流体力学基础知识1

1.2 计算流体动力学的主要方法2

1.3 计算流体动力学问题的解决过程3

1.4 计算流体动力学商业软件介绍4

1.4.1 前处理软件4

1.4.2 求解器7

1.4.3 后处理13

1.5 本章小结15

第2章 网格基础与基本操作16

2.1 CFD网格前处理16

2.1.1 划分网格的目的16

2.1.2 网格划分的几何要素16

2.1.3 网格形状及拓扑结构17

2.1.4 结构与非结构网格19

2.1.5 壁面和近壁区网格处理原则21

2.1.6 网格质量评价标准23

2.1.7 选择合适的网格23

2.2 Pointwise结构网格的划分24

2.2.1 Pointwise界面24

2.2.2 Pointwise基本操作25

2.2.3 Pointwise几何处理26

2.2.4 Pointwise划分网格29

2.2.5 Pointwise指定边界和区域类型32

2.2.6 网格质量管理及输出33

2.3 ICEM CFD非结构网格的划分33

2.3.1 ICEM基础及界面34

2.3.2 ICEM几何操作35

2.3.3 ICEM划分非结构网格44

2.3.4 ICEM输出设置49

2.3.5 网格质量检查及输出50

2.4 本章小结51

第3章 FLUENT基础与基本界面52

3.1 ANSYS FLUENT的安装53

3.2 ANSYS FLUENT的用户界面55

3.2.1 ANSYS FLUENT启动界面55

3.2.2 ANSYS FLUENT启动界面的操作界面57

3.3 ANSYS FLUENT的文件操作59

3.4 ANSYS FLUENT的操作流程简介62

3.4.1 启动FLUENT63

3.4.2 读取网格并检查63

3.4.3 计算域尺寸设置66

3.4.4 网格光顺化处理67

3.4.5 求解器基本设置67

3.4.6 模型设置68

3.4.7 物性参数设置70

3.4.8 边界条件参数设置71

3.4.9 求解方法设置77

3.4.10 求解控制参数设置78

3.4.11 求解监控设置79

3.4.12 初始化84

3.4.13 求解计算设置84

3.4.14 后处理86

3.5 本章小结89

第4章 ANSYS FLUENT边界条件90

4.1 进口边界条件90

4.1.1 压力入口边界条件（PressureInlet）90

4.1.2 速度入口边界条件（Velocity Inlet）92

4.1.3 质量入口边界条件（MassFlowInlet）93

4.1.4 进气口边界条件（InletVent）95

4.1.5 进气扇边界条件（Intake Fan）96

4.1.6 压力远场边界条件（Pressure Far Field）97

4.2 出口边界条件99

4.2.1 压力出口边界条件（PressureOutlet）99

4.2.2 质量出口边界条件（Outflow）101

4.2.3 通风口边界条件（Outlet Vent）102

4.2.4 排风扇边界条件（Exhaust Fan）104

4.3 其他重要边界条件105

4.3.1 壁面边界条件（Wall）105

4.3.2 对称边界条件（Symmetry）110

4.3.3 风扇边界条件（Fan）111

4.3.4 热交换器边界条件（Radiator）114

4.4 体积区域条件（Cell Zone Conditions）116

4.4.1 流体区域（Fluid）116

4.4.2 固体区域（Solid）118

4.4.3 多孔介质区域（Porous Zone）119

4.5 本章小结125

第5章 ANSYS FLUENT湍流模型126

5.1 湍流模型概述126

5.1.1 选择湍流模型126

5.1.2 CPU时间和解决方案128

5.2 S-A模型128

5.3 k-e模型131

5.3.1 标准k-e模型132

5.3.2 RNG k-e模型135

5.3.3 Realizable k-e模型138

5.4 k-ω模型140

5.4.1 标准k-ω模型141

5.4.2 SST K-ω模型144

5.5 雷诺应力模型147

5.6 湍流选项151

5.7 定义湍流边界条件153

5.8 湍流流动模拟的求解策略154

5.9 湍流流动的后处理155

5.10 本章小节156

第6章 ANSYS FLUENT的多种模型157

6.1 传热模型157

6.1.1 导热与对流换热157

6.1.2 辐射传热162

6.1.3 周期性传热问题177

6.1.4 浮力驱动流动179

6.2 化学反应及燃烧模型182

6.2.1 燃烧模型的选择182

6.2.2 通用有限速度模型183

6.2.3 非预混燃烧模型192

6.2.4 预混燃烧模型198

6.2.5 部分预混燃烧模型203

6.2.6 组分概率密度输运燃烧模型206

6.3 污染物模型207

6.3.1 NOx模型207

6.3.2 烟模型209

6.4 离散相模型210

6.4.1 离散相模型的限制211

6.4.2 离散相粒子分类211

6.4.3 粒子与湍流的相互作用211

6.4.4 引射类型211

6.4.5 离散相模型设置213

6.5 多相流模型214

6.5.1 三种方法的限制条件215

6.5.2 问题解决过程215

6.5.3 VOF模型216

6.5.4 混合物模型216

6.5.5 欧拉模型217

6.5.6 三种方法求解策略217

6.6 凝固与熔化模型218

6.7 气动噪声模型219

6.8 本章小节221

第二部分 模拟实例223

第7章 二维模型FLUENT数值模拟实例223

7.1 翼型绕流可压缩流动模拟223

7.1.1 基本方法223

7.1.2 问题描述223

7.1.3 计算设置224

7.1.4 后处理231

7.1.5 小结233

7.2 水中温度的传递－周期性边界和热传递234

7.2.1 基本方法234

7.2.2 问题描述234

7.2.3 计算设置235

7.2.4 后处理241

7.2.5 小结243

7.3 腔体内热辐射产生的自然对流模拟243

7.3.1 基本方法243

7.3.2 问题描述244

7.3.3 计算设置244

7.3.4 后处理252

7.3.5 小结255

7.4 离心式鼓风机模拟－旋转流体区域256

7.4.1 基本方法256

7.4.2 问题描述256

7.4.3 计算设置256

7.4.4 后处理263

7.4.5 小结265

7.5 气体燃烧模拟－组分输运模型265

7.5.1 基本方法265

7.5.2 问题描述265

7.5.3 计算设置266

7.5.4 后处理274

7.5.5 小结276

7.6 水管的非定常射流－VOF模型277

7.6.1 基本方法277

7.6.2 问题描述277

7.6.3 计算设置277

7.6.4 后处理286

7.6.5 小结289

7.7 高速水流的槽道运动——混合多相流空化模型289

7.7.1 基本方法289

7.7.2 问题描述289

7.7.3 计算设置289

7.7.4 后处理298

7.7.5 小结299

7.8 T型管流动－欧拉多相流模型299

7.8.1 基本方法299

7.8.2 问题描述299

7.8.3 计算设置300

7.8.4 后处理308

7.8.5 小结310

7.9 液态金属凝固－凝固与熔化模型311

7.9.1 基本方法311

7.9.2 问题描述311

7.9.3 计算设置312

7.9.4 后处理320

7.9.5 小结324

7.10 渐缩渐扩管的非定常模拟－UDF使用324

7.10.1 基本方法324

7.10.2 问题描述324

7.10.3 计算设置325

7.10.4 后处理333

7.10.5 小结334

7.11 阀门的运动－动网格使用334

7.11.1 基本方法334

7.11.2 问题描述335

7.11.3 计算设置335

7.11.4 后处理344

7.12 本章小节348

第8章 三维模型FLUENT数值模拟实例349

8.1 冷热水在管路中的混合流动模型349

8.1.1 基本方法349

8.1.2 问题描述349

8.1.3 计算设置349

8.1.4 后处理357

8.1.5 小结361

8.2 方管内射流对主流的影响361

8.2.1 基本方法361

8.2.2 问题描述361

8.2.3 计算设置362

8.2.4 后处理370

8.2.5 小结374

8.3 触媒转化器流动模拟－多孔介质模型374

8.3.1 基本方法374

8.3.2 问题描述375

8.3.3 计算设置375

8.3.4 后处理383

8.3.5 小结386

8.4 旋转机械流动模拟1－混合面模型386

8.4.1 基本方法386

8.4.2 问题描述387

8.4.3 计算设置387

8.4.4 后处理396

8.4.5 小结397

8.5 旋转机械流动模拟2－滑移网格398

8.5.1 基本方法398

8.5.2 问题描述398

8.5.3 计算设置399

8.5.4 后处理408

8.5.5 小结410

8.6 表面沉积法生成砷化镓－表面化学反应410

8.6.1 基本方法410

8.6.2 问题描述411

8.6.3 计算设置411

8.6.4 后处理422

8.6.5 小结424

8.7 喷气雾化器模拟－离散相模型424

8.7.1 基本方法424

8.7.2 问题描述424

8.7.3 计算设置425

8.7.4 后处理437

8.8 本章小节439